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原文传递寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统及其模拟方法

专利名称：	寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统及其模拟方法
摘要：	本发明公开了一种寒区输水渠道湿干冻融变形离心模拟系统及其模拟方法，所述系统包括：模型箱、水位升降装置、风干装置、热交换装置、空气内循环装置及数采温控装置。基于上述模拟系统的模拟方法为模拟方法包括如下步骤：实验设备的装配；模拟渠道的单次湿干冻融过程和模拟渠道的反复湿干冻融循环过程。本申请的模拟系统的水位升降模拟与现场渠道通停水过程一致；且风干过程也与现场干燥过程一致；制冷板位于模型箱内部的顶部，冷量的传递是由制冷板通过风机向下传递到模型渠底，对渠道模型冻融过程的模拟是由模型土体表面自上而下的方式实现，和实际土体冻融的过程一致。实现了对实际情况的高度还原和模拟。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
发明人：	蔡正银;顾行文;郭万里;朱洵;朱锐;黄英豪;关云飞;高长胜;徐光明;张晨;曹永勇;韩迅;任国峰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910402246.4
公开号：	CN110133218A
代理机构：	北京润川律师事务所
代理人：	张超;周亮
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	210015 江苏省南京市鼓楼区广州路223号
主权项：	1.一种寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统，其特征在于，所述系统包括：模型箱(26)、干湿系统、热交换系统和数据采集系统；其中，所述干湿系统，包括水位升降装置、风干装置、干湿系统控制器；所述热交换系统，包括半导体热交换装置、空气内循环装置、温度控制系统。 2.根据权利要求1所述的一种寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统，其特征在于，所述水位升降装置，包括水箱(48)、充气电磁阀(12)、排气电磁阀(13)、供回水管路(7)、水阀(8)、止水阀(6)、液位传感器(49)；所述水箱(48)设置于模型箱(26)外侧，其顶部设置有注水口(18)、充气电磁阀(12)和排气电磁阀(13)，以分别实现向水箱(48)内注水和进气、排气的功能；所述水箱(48)侧面底部连接有供回水管路(7)，所述供回水管路(7)上安装有水阀(8)和止水阀(6)，供回水管路(7)固定连接于所述模型箱(26)的进出水口(21)；所述液位传感器(49)为孔隙水压力微型传感器，放置于模型箱(26)内模型渠底表面。 3.根据权利要求2所述的一种寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统，其特征在于，所述水箱(48)侧壁设置有圆盘(11)，所述圆盘(11)可完全打开对水箱(48)进行清洁，在圆盘(11)的连接处设有密封垫。 4.根据权利要求1所述的一种寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统，其特征在于，所述风干装置，包括通风口(23)、活塞(22)、油缸(15)、伺服阀(27)、输油管路(17)、油缸安装板(30)；其中，所述通风口(23)对称设置于所述模型箱(26)的迎风侧面和背风侧面上，并以伺服阀(27)控制油缸(15)驱动活塞(22)伸缩对通风口(23)进行封堵；所述油缸(15)和活塞(22)通过支架(16)支撑；每个油缸(15)固定于油缸安装板(30)上，所述油缸安装板(30)固定于支架(16)上，所述油缸(15)一端为具有隔热保温作用的活塞(22)，另一端连接伺服阀(27)，与离心机室自带的油源通过旋转接头连接进行液压驱动。 5.根据权利要求1所述的一种寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统，其特征在于，所述干湿系统控制器为可连续控制的电控系统，控制器界面可实时显示液位高度、水位升降装置的运行状态、充气电磁阀(12)、排气电磁阀(13)和水阀(8)的开启或关闭状态、油缸(15)伸缩的开启或关闭；在水位升降系统工作过程中，使用伺服阀(27)驱动油缸(15)进行活塞伸缩时会显示警告。 6.根据权利要求1所述的一种寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统，其特征在于，所述半导体热交换装置，包括外壳、半导体热交换板(47)、散热管路、热交换装置进水口(3)、热交换装置出水口(4)和热交换装置电源(5)；其中，所述半导体热交换板(47)在所述外壳底面上面向模型土体(50)设置；所述散热管路和热交换装置电源(5)设置于所述外壳内；所述热交换装置进水口(3)和热交换装置出水口(4)设置于所述外壳上，与所述散热管理连通；所述外壳内充填泡沫塑料，通过盒盖密封，并紧固安装于模型箱(26)上方；所述半导体热交换板(47)采用合金铝板加工成多条肋筋；所述散热管路设置于半导体热交换板(47)上方；所述散热管路包括多个小型散热水箱，所述小型散热水箱为一体化加工结构，且所述小型散热水箱之间均采用可保证在高压循环水条件下正常工作的PVC软管进行联接，所述PVC软管分别联接于各个小型散热水箱的管接头并最终并为一股，通过旋转接头连接到热交换装置进水口(3)和热交换装置出水口(4)。 7.根据权利要求6所述的一种寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统，其特征在于，所述半导体热交换板(47)分为一级半导体热交换板和二级半导体热交换板，所述一级半导体热交换板和二级半导体热交换板优化组合使用。 8.根据权利要求6所述的一种寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统，其特征在于，所述空气内循环装置设置于半导体热交换板(47)下部，且所述空气内循环装置包括：平板和风机(46)；所述平板上对应于模型土体(50)渠顶上方的位置处开设有循环风口(45)，所述风机(46)设置于平板上对应于模型渠底上方的位置处。 9.根据权利要求8所述的一种寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统，其特征在于，所述温度控制系统，用来控制所述半导体热交换装置和风机(46)的工作；所述温度控制系统可实现的温度变化范围为-40℃至30℃，温度变化斜坡斜率0℃/min～1.5℃/min范围内可调。 10.根据权利要求1-9中任一项所述的寒区输水渠道湿干冻融循环离心模拟系统的模拟方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：一、实验前的准备；二、模拟渠道的单次湿干冻融过程；和/或三、模拟渠道的反复湿干冻融循环过程。
所属类别：	发明专利